指甲剂量在体测量EPR方法研究

发布时间：2020-06-19 19:29

【摘要】：核与辐射突发事件可能造成大量人员受到过量照射,在事故现场快速评估辐射剂量并筛检出辐射伤员,是核应急医学救援的重要内容,也是放射医学领域急需解决的重要问题。电子顺磁共振(Electron Paramagnetic Resonance,EPR)技术可特异性地检测人体牙齿、指甲等生物样品中由射线诱发的自由基浓度,已成为事故后生物剂量测量的重要方法之一,同时EPR技术还具有在核与辐射现场通过在体测量实现早期快速剂量分类诊断的潜力。常规的指甲EPR剂量测量方法为离体测量,该方法利用商品EPR谱仪,将指甲剪碎后置入石英样品管在封闭的样品腔中进行测量。离体测量必须要剪碎指甲,指甲在剪切时会产生较强的机械诱发信号(Mechanically-induced Signal,MIS),MIS会严重干扰辐射诱发信号(Radiation-induced Signal,RIS),从而影响剂量评估的准确性,所以指甲EPR剂量测量指标一直难以得到实际应用。如果能够实现指甲在体EPR测量,则可以从根本上避免MIS的产生,改善指甲EPR剂量评估方法的准确性和可靠性。本工作利用实验室自行研制的指甲在体EPR测量系统,对未经剪碎的完整指甲进行模拟在体测量,研究了指甲的本底信号(Background Signal,BKG),机械诱发信号与辐射诱发信号的特性,初步建立了指甲在体EPR测量的剂量评估方法和恢复个体指甲自身本底信号的方法,并探讨了影响指甲在体测量准确性的因素及其校正方法。主要研究内容和结果如下:1、对指甲在体EPR测量系统的性能评估。利用DPPH标准样品,评价了指甲在体EPR测量系统的稳定性,并使用具有稳定EPR信号的Mn~(2+)/CaO作为内置标准样品,有效降低了系统状态波动产生的测量误差,进一步提高了系统测量的准确性。制定了规范的完整指甲样品收集方法,利用未经剪碎的完整指甲建立了模拟在体EPR测量方法,并通过多次重复测量评估了该方法的测量稳定性,重复测量相对误差约为6%。2、研究了指甲EPR信号的特性。未照射指甲的EPR信号包括本底信号和机械诱发信号,这两者是影响指甲EPR剂量测量准确性与剂量下限的关键因素。本工作研究了机械诱发信号的产生特点及其与剪切方向的关系,不同方向剪切产生的MIS强度变化显著,这导致了离体测量中MIS难以被准确地判断和扣除。研究了指甲本底信号的人群分布规律及其信号强度与存储环境的关系,结果表明指甲本底信号分布比较分散,且其强度会受环境湿度影响。3、研究了在体测量条件下指甲EPR信号的剂量学特性。利用未剪碎的完整指甲研究了指甲的辐射诱发信号的衰减特性及剂量响应特性,结果表明指甲中辐射诱发信号的衰减规律为指数衰减,其半衰期约为4.6天;在2-10 Gy的剂量范围内指甲EPR信号与照射剂量呈线性响应规律。探讨了通过水处理结合变温的方法消除辐射诱发信号,从而恢复指甲自身本底信号的可行性。4、实际在体EPR测量实验及其影响因素的分析与校正。在志愿者参与下开展了指甲实际在体EPR测量,通过制作手指和手臂固定装置,降低了实际在体测量时的震动干扰,获得了指甲本底信号的实际在体测量波谱;并通过完整指甲粘贴于手指的方法,获得了指甲辐射诱发信号的实际在体测量波谱。由于人体生理活动的影响,实际在体测量的信噪比有所下降,但仍能满足剂量分析的要求。利用傅立叶变换方法分析了在体测量EPR波谱的特点,并尝试了用带阻滤波方法消除人体生理活动产生的干扰信号;针对实际事故条件下受照人员的指甲长度可能差异较大的情况,初步探讨了利用图像数字处理进行样品体积归一化校正的方法,为进一步排除在体测量的干扰因素提供了思路。结论:利用目前建立的指甲在体EPR剂量测量方法,可以检测到真实在体测量条件下指甲的EPR信号,该方法可以完全避免机械诱发信号的干扰;利用水处理结合变温的方法有效地恢复了个体指甲样品的自身本底信号,从而更客观地获得辐射诱发信号强度,避免了因指甲本底个体差异较大带来的剂量估算误差;本工作获得的初步结果对于提高利用指甲在体测量方法进行早期剂量评估的可靠性和实用性方面将有实际意义。本研究结果表明,指甲在体EPR测量可能适用于事故后早期开展快速的剂量初筛,为进一步精确的剂量诊断提供参考。
【学位授予单位】：军事科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R144.1
【图文】：

第一章 指甲在体 EPR 测量原理和方法1.1 EPR 测量原理核外电子具有自旋特性且带有负电荷，自旋的电子会产当自旋的电子处于外加磁场 中时会产生能级分裂，高能 ，低能级为 = 12 ，能级差为 = ；若在与 为ν的微波，当微波频率ν与外加磁场 之间的关系满足公子会吸收微波能量跃迁到高能级，产生电子顺磁共振吸 ν = （1）普朗克常量， 为电子的波尔磁子， 为外加磁场， 为电波谱分裂因子，反映了不同自由基的性质。

表 1.1 微波波段频率范围波段名 L C X K Q频率范围 1-2GHz 4-8GHz 8-12GHz 18-27GHz 30-50GHz指甲中的自由基浓度较低，在低频波段可能探测灵敏度不足，综合考虑技难度和实现的可行性，本研究拟采用 X 波段 EPR。一方面是该波段具有较探测灵敏度，同时离体指甲在X波段下的EPR测量以积累了大量的实验数据谱线的分析具有重要的借鉴意义。1.2 指甲 EPR 信号1.2.1 指甲的生物学结构

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1 田烨;指甲剂量在体测量EPR方法研究[D];军事科学院;2019年

本文编号：2721243